狭い通路でのトラッキング
特殊な屋内トラッキングのケースには特別な配慮が必要
狭い通路でのトラッキングはよくある要件ですが、同時に一筋縄ではいきません：
- 実質的には、もはや2Dトラッキングではありません。1Dトラッキング（通路に沿った方向）、1.5Dトラッキング（通路に沿った方向と、左右どちらの棚か）、または2.5Dトラッキング（通路に沿った方向、左右どちらの棚か、棚の段＝Z座標）になります
- 下の動画をご覧ください。固定ビーコン同士を結ぶ線に近づけば近づくほど、つまり通路が狭くなればなるほど、Y座標の精度はどんどん悪化しますが、X座標の精度は高いままです。つまり、実際には1Dトラッキングになります
- 通常の方法ではうまくいかない場合があるため、狭い通路でのトラッキングには特別な解決策を検討する必要があります
問題と課題
- すべては見通し（超音波が直接届く経路）にかかっています：高精度屋内測位システムには見通しが不可欠
- 超音波（UWBや光学方式も同様）は、測位に使えるほど十分には棚を透過しないため、通路ごとに個別に屋内トラッキングでカバーする必要があります
- 通路は狭く、密集していて数も多いため、さらに難しくなります。直接の超音波信号は、測位に使えるほどには棚を透過しませんが、（残念ながら）隣の平行な通路のトラッキングに干渉する程度には透過してしまうからです
- 通路が非常に多いため、比較的狭い面積（平方メートルや平方フィート）に多数のビーコンが必要になります。そのため、ソリューションのコストは、エリアの広さそのものよりも、エリアの複雑さに大きく左右されます
- エリアが狭いのに多数のビーコンを使用し、さらに IAでのトラッキングが必要な場合は、もう一つの難題が生じます。超音波周波数の再利用です。利用できる超音波周波数は8種類しかありません。通常、大きなエリア（例えば倉庫）ではこれで十分すぎるほどです。倉庫では50～100 m離れた場所で周波数を再利用することになりますが、その距離では超音波は十分に減衰しているため、心配なく再利用できます。一方、狭い通路のある狭く密集したエリアや小さな博物館では、a）同じ周波数の他のビーコンの方向に発信しないようにビーコンを配置する、b）不要なトランスデューサーのうち、隣接するサブマップに望ましくない干渉を起こしうるものを無効にする、c）ビーコンを低い位置（通路の陰）に設置して影を作る、など、さまざまな面でより丁寧にシステムを構築する必要があります。もちろん、TDMAを使うこともできます。ただしその場合、実効的な位置更新レートが低くなり、結果として得られる位置更新レートに対して移動体が速すぎると、ハンドオーバーも難しくなります。解決策は必ずあります。ただし、より多くの注意と労力、そしてシステムへの深い理解が必要になる場合があります
解決策とアドバイス
1）棚の上でトラッキングする：
- 例えばスキャンロボットの場合は、天井に固定ビーコンを設置し、ロボットにポールを取り付け、その上に位置+方向用として1～2台の Omni-Microphone を配置して、マイクを棚より上に保ちます。これで、シンプルで低コスト、しかも信頼性と精度の高いソリューションを同時に実現できます。2Dトラッキングの例については、次をご覧ください：配置マニュアル
- これは基本的な 2Dトラッキングになります。ロボットが棚の間を走行していることも、通路が狭いことも関係ありません。屋内測位システムにとっては、通常の 2Dトラッキングにすぎません。固定ビーコンとして Super-Beaconを2台ほど使えば、1,000 m²のエリアをカバーできます
- つまり、苦労（とコスト）そのものを避けられます
2）通路では1Dトラッキングを使う：
- 次善の策は、狭い通路で1Dトラッキングを行うことです。サービスゾーン02a、02b、02c、02d、02eに、それぞれビーコン n04、n05、n06、n07、n08を対応させます
- その他のエリアは、通常の2Dサブマップ（01、04、03）になります
- 2Dサブマップと1Dサブマップの間には、ハンドオーバーゾーン06を設けます
- この方法は、サブマップ02a～02eで約30 mまで有効です。それ以上の距離（30～100 m）では、Super-Beacon + Horn を固定ビーコンn04～n08として使用することを推奨します。ただし、NIA を使用できる場合に限ります（例えば、移動ロボット/AMRやフォークリフトが1～4台の場合）
上の典型的なマップに関するその他の基本事項：
- 01, 02, o3, 04 – サービスゾーン – サービスゾーンとは、各サブマップが担当する（つまりモバイルビーコンをトラッキングする）ゾーンです
- n02–n12 – モバイルビーコン。種類はアーキテクチャ（IA、NIA、MF NIA）によって異なります。使用するのは通常、Super-Beacon またはIndustrial Super-Beacon
- 05a, 05b, 06 – ハンドオーバーゾーン：サービスゾーン同士の重なり部分です。ハンドオーバーゾーンを設け、サブマップ間でトラッキングをソフトハンドオーバーさせることが重要です
- 10a–10f – 棚。上の写真、または次の動画をご覧ください：工場の現場
- サブマップとは、特定のサービスゾーン内でトラッキングを行うビーコンの集合です（1サブマップあたり1～4台。1台なら1Dトラッキング、2台なら2Dトラッキング、3～4台なら3Dトラッキング）。例えば、n02～n03がサービスゾーン01でトラッキングするサブマップを構成し、ビーコンn11～n12がサービスゾーン04でトラッキングするサブマップを構成します
- ただし、移動体の数が多い場合は IA が必要です。より複雑ですが、こちらのほうが一般的なケースです
- 1つ目の解決策は、通路内に20～25 mおきに固定ビーコンn04a、n05a、n06a、n07a、n08aを設置することです。この場合も1Dトラッキングのままです。また、1Dサブマップには約5 mのハンドオーバーゾーンができます
- 2つ目の解決策は、Horn-TXを備えた特別なビーコンを使用することです。Horn（実体はHorn-RX）とは異なり、Horn-TXは、Hornのマイクの代わりに送信トランスデューサーを備えています。すぐに使えるHorn-TX製品はまだありませんが、インフラ投資の総額を最小限に抑えられるため、大規模な案件ではご相談に応じます
- 下の図は、長く狭い通路向けの大まかな配置の推奨例です。
- 新たにビーコン04a～08aが加わりました。ビーコン04～08から約20～25 m離れています
- 新しいサブマップ10a～10eも加わりました
- 原則はすべて上の図のマップと同じですが、ネットワーク要素が増えています
3）1.5D、2.5Dでのトラッキング：
- 対象：1.5Dトラッキング（通路に沿ったXと、左右どちらの通路側を向いているか）：モバイルビーコンをペアードビーコン構成で使用してください。向いている方向がわかります
- 対象：2.5Dトラッキング：推奨はトラッキングの種類によって異なります。フォークリフトのフォークをトラッキングする場合は、フォークリフトに「固定」ビーコンを取り付け、モバイルビーコンをフォークに取り付けます。これで上記の1.5Dトラッキングが得られます。そしてZのトラッキングは、フォークリフト上の「固定」ビーコンから得られます。もちろん、この「固定」ビーコンは壁や棚に対しては移動しています。一方、フォーク上のモバイルビーコンのほうが静止側となり、基準として使われます
- ドローンの2.5Dトラッキングも可能です。この場合、通常はZへの要求がそれほど高くないため、高さはドローンの気圧計から取得できます
下の動画では、まず廊下での 1Dトラッキングから始まり、次に部屋での 3Dトラッキングに移り、再び廊下での 1Dトラッキングに戻り、最後に階段での垂直2Dトラッキングに切り替わります。
4）その他の注意すべきエリア：
マップの一部のエリアでは、トラッキングがより難しかったり、他のエリアよりも精度が大幅に低くなったりすることがあります。これは当社の技術に限った話ではなく、三辺測量を使うあらゆるシステムに当てはまります。すべてはビーコンの幾何学的配置の問題です。複雑な数式を並べることもできますが、学校を卒業して久しく、三角法をすっかり忘れてしまった方（私も含めて :-)）を混乱させるだけでしょう。そこで、実践的なヒントを紹介します：
- エリア07a～07d：このエリアはサブマップ04のビーコン（n11とn12）を結ぶ線に近すぎるため、トラッキングが悪くなる可能性があります。詳しくは動画をご覧ください：固定ビーコン間の基線が極端に短い場合のトラッキング。ただし、このケースでは角度が非常に狭いかほぼゼロで、さらに距離のダイナミックレンジが非常に不利になりうる（n11に近すぎる、またはn12から遠すぎる）ため、状況はさらに悪くなります。通常、IAで隣り合わない超音波周波数（例えば25kと31k、または19kと45k）を使用する場合、距離のダイナミックレンジは10以下にする必要があります。隣り合う周波数の場合、距離のダイナミックレンジの要件はさらに厳しく、1:3（つまり3）です。すなわち、n12からモバイルビーコンまでの距離は、ビーコンn11からの距離の3倍以下でなければなりません。そうでないと、ビーコンn11の周波数が近すぎるうえに（物理的に近いため）信号が強すぎて、モバイルビーコンのフィルターが飽和し、遠いほうのビーコンn12がよく聞こえなくなります。正確に言えば、n12の本来の信号と、ビーコンn11から漏れ込んだ信号（周波数が近く、物理的に近すぎて強すぎるため）を区別できなくなります
- エリア09a～09b：：極端に長い基線長でのトラッキングとX・Y精度への影響。実践的な推奨事項はシンプルです。安全を期すなら、ビーコンn02とn03を結ぶ線とモバイルビーコンとのなす角を少なくとも20度に保ってください。明確な境界はありません。線にもっと近づいてもトラッキングは続きますが、線に近づくにつれて精度はどんどん低下します